垃圾回收 (GC) 在 .NET Core 中是如何工作的？（二）

news2024/9/25 19:22:34

接上一篇文章垃圾回收 (GC) 在 .NET Core 中是如何工作的？-CSDN博客

GC 会分配堆段，其中每个段都是一系列连续的内存。置于堆中的对象归类为 3 个代系之一：0、1 或 2。代系可确定 GC 尝试在应用不再引用的托管对象上释放内存的频率。编号较低的代系会更加频繁地进行 GC。

对象会基于其生存期从一个代系移到另一个代系。随着对象生存期延长，它们会移到较高代系。如前所述，较高代系进行 GC 的频率较低。短期生存的对象始终保留在第 0 代中。例如，在 Web 请求存在期间引用的对象的生存期较短。应用程序级别单一实例通常会迁移到第 2 代。

当 ASP.NET Core 应用启动时，GC 会：

为初始堆段保留一些内存。
在运行时加载时提交一小部分内存。

HttpClient

未正确使用 HttpClient 可能会导致资源泄漏。系统资源（如数据库连接、套接字、文件句柄等）：

比内存更短缺。
在泄漏时出现的问题比内存更多。

经验丰富的 .NET 开发人员会对实现 IDisposable 的对象调用 Dispose。未释放实现 IDisposable 的对象通常会导致内存泄漏或系统资源泄漏。

HttpClient 实现了 IDisposable，但是不应在每次调用时进行释放。而是应重用 HttpClient。

下面的api会对每个请求创建并释放新的 HttpClient 实例：

[HttpGet("httpclient1")]
public async Task<int> GetHttpClient1(string url)
{
    using (var httpClient = new HttpClient())
    {
        var result = await httpClient.GetAsync(url);
        return (int)result.StatusCode;
    }
}

上面的代码即使释放了 HttpClient 实例，实际网络连接也需要一些时间才能由操作系统释放。持续创建新连接时，会发生端口耗尽。每个客户端连接都需要自己的客户端端口。

防止端口耗尽的一种方法是重用同一个 HttpClient 实例：

private static readonly HttpClient _httpClient = new HttpClient();

[HttpGet("httpclient2")]
public async Task<int> GetHttpClient2(string url)
{
    var result = await _httpClient.GetAsync(url);
    return (int)result.StatusCode;
}

HttpClient 实例会在应用停止时释放。

可以参阅以下内容，了解处理 HttpClient 实例的生存期：

HttpClient 和生存期管理
HTTPClient 工厂博客

对象池

上面的示例演示了如何将 HttpClient 实例设为静态，并由所有请求重用。重用可防止资源耗尽。

对象池：

使用重用模式。
适用于创建成本高昂的对象。

池是预初始化对象的集合，这些对象可以在线程间保留和释放。池可以定义分配规则，例如限制、预定义大小或增长速率。

下面的 API 会实例化 byte 缓冲区，该缓冲区对每个请求使用随机数字进行填充：

[HttpGet("array/{size}")]
        public byte[] GetArray(int size)
        {
            var random = new Random();
            var array = new byte[size];
            random.NextBytes(array);

            return array;
        }

可以使用 ArrayPool<T> 创建 byte 缓冲区池，从而优化上面的代码。静态实例可在请求间重用。

此方法的不同之处在于，会从 API 返回共用对象。也就是说：

从方法返回后，对象会立即脱离控制。
无法释放对象。

若要设置对象的释放，请执行以下操作：

将共用数组封装在可释放对象中。
向 HttpContext.Response.RegisterForDispose 注册共用对象。

RegisterForDispose 会负责对目标对象调用 Dispose，以便仅当 HTTP 请求完成时才会将其释放

private static ArrayPool<byte> _arrayPool = ArrayPool<byte>.Create();

private class PooledArray : IDisposable
{
    public byte[] Array { get; private set; }

    public PooledArray(int size)
    {
        Array = _arrayPool.Rent(size);
    }

    public void Dispose()
    {
        _arrayPool.Return(Array);
    }
}

[HttpGet("pooledarray/{size}")]
public byte[] GetPooledArray(int size)
{
    var pooledArray = new PooledArray(size);

    var random = new Random();
    random.NextBytes(pooledArray.Array);

    HttpContext.Response.RegisterForDispose(pooledArray);

    return pooledArray.Array;
}